В журнале PHYSICAL REVIEW E опубликована статья "Joint effect of advection, diffusion, and capillary attraction on the spatial structure of particle depositions from evaporating droplets" (Влияние конвекции, диффузии и капиллярного притяжения на формирование пространственной структуры осадков частиц при испарении капель).
В работе построена математическая модель, описывающая перенос частиц в испаряющейся
капле на гидрофильной подложке, когда трехфазная граница закреплена. Модель учитывает
конвекцию, диффузию и капиллярное притяжение частиц. На основе результатов моделирования проанализированы физические механизмы формирования отдельных цепочек частиц внутри кольцевого осадка. Параметры выбраны в соответствии с экспериментом Park & Moon [Langmuir 22, 3506 (2006)], где были получены змеевидные цепочки коллоидных частиц внутри кольцевых осадков. Кольцевой осадок образуется в результате конвекции и диффузионного переноса. Обнаружено, что плотная упаковка частиц в самом кольце возможна, если время испарения превышает характерное время диффузионного упорядочивания. Численные результаты показали, что под конец процесса цепочки формируются за счет капиллярного притяжения в районе радиуса фиксации, где толщина жидкого слоя соизмерима с размером частиц. Показано, что в начале процесса кольцевой осадок растет быстрее, чем движется радиус фиксации. Однако, под конец процесса радиус фиксации стремительно обгоняет растущий внутренний фронт кольца. Змеевидные цепочки образуются на этом финальном этапе, когда радиус фиксации перемещается к оси симметрии.
Работа выполнена при финансовой поддержке Российского научного фонда по совместному проекту (№ 18-71-10061) с Институтом теоретической физики им. Л.Д. Ландау (г. Черноголовка).
Препринт статьи размещен в свободном доступе в Архиве.
|